NMOS晶體管形成方法技術

一種NMOS晶體管形成方法，包括：提供半導體襯底；在所述半導體襯底表面形成氧化層，在所述氧化層表面形成多晶硅層；對所述半導體襯底進行第一離子注入，所述注入的離子為氟離子和氮離子；對所述多晶硅層和氧化層進行刻蝕，分別形成柵電極和柵氧化層，在所述柵氧化層和柵電極兩側的半導體襯底內形成輕摻雜源/漏區；在所述柵氧化層和柵電極的側壁表面形成側墻，在所述側墻兩側的半導體襯底內形成重摻雜源/漏區，形成NMOS晶體管。通過對所述半導體襯底進行氟離子和氮離子注入，提高了NMOS晶體管的柵氧化層的可靠性，降低NMOS晶體管中的熱載流子注入效應，改善柵氧化層的TDDB特性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體制造技術，特別涉及一種能提高柵氧化層可靠性的NMOS晶體管形成方法。
技術介紹
隨著半導體器件集成度的不斷提高，特征尺寸逐漸減小，MOS晶體管的溝道的長度也逐漸減小，柵氧化層的厚度也在不斷降低，由于柵極電壓不會持續降低(目前至少為 IV)，使得所述柵氧化層受到的電場強度變大，與時間相關的介質擊穿(time dependent dielectric breakdown, TDDB)也更容易發生,更容易導致器件失效。同時，作為芯片外圍電路的輸入/輸出器件和作為存儲器的核心器件都需要較高的驅動電壓，這就導致這些器件的溝道中的電場變的很強，使得載流子在輸送過程中發生碰撞電離，產生額外的空穴電子對，產生熱載流子。縱向的柵極電壓會使部分熱載流子注入柵氧化層，導致器件的閾值電壓等參數發生漂移，形成較為嚴重的熱載流子注入效應(HotCarrier Injection, HCI)。由于電子與空穴的平均自由程不同，電子注入的幾率要比空穴高3個數量級，因此NMOS晶體管更容易引起熱載流子注入效應(HCI)。現有技術中通常采用LDD (Lightly Doped Drain,輕摻雜漏注入)離子注入對熱載流子注入效應進行優化，專利號為US 6004852的美國專利文獻公開一種制作LDD源漏區的方法，利用減小LDD離子注入的劑量和增大LDD注入能量，獲得較深的LDD結，減小橫向電場強度，從而減弱熱載流子注入問題。但上述方法并不能改善柵氧化層的TDDB特性，而且還可能導致短溝道效應(SCE, Short Channel Effect)等問題。
技術實現思路
本專利技術解決的問題是提供一種NMOS晶體管形成方法，通過提高柵氧化層可靠性， 降低NMOS晶體管中的熱載流子注入效應，改善柵氧化層的TDDB特性。為解決上述問題，本專利技術技術方案提供了一種NMOS晶體管形成方法，包括提供半導體襯底；在所述半導體襯底表面形成氧化層，在所述氧化層表面形成多晶硅層；對所述半導體襯底進行第一離子注入，所述注入的離子為氟離子和氮離子；對所述多晶硅層和氧化層進行刻蝕，分別形成柵電極和柵氧化層，在所述柵氧化層和柵電極兩側的半導體襯底內形成輕摻雜源/漏區；在所述柵氧化層和柵電極的側壁表面形成側墻，在所 述側墻兩側的半導體襯底內形成重摻雜源/漏區，形成NMOS晶體管。可選的，所述第一離子注入為對所述多晶硅層進行氟離子、氮離子注入，使得所述氟離子、氮離子貫穿多晶硅層、氧化硅層，直到注入到所述半導體襯底內。可選的，所述第一離子注入為在形成氧化層之前，直接對半導體襯底進行氟離子、 氮離子注入。可選的，所述第一離子注入包括兩個步驟直接對半導體襯底進行氟離子和氮離子注入；對多晶硅層進行氟離子和氮離子注入，使得所述氟離子、氮離子貫穿多晶硅層、氧化硅層，直到注入到所述半導體襯底內。可選的，所述第一離子注入的氟離子和氮離子的反應源物質為NF3。可選的，所述即3離子注入的劑量范圍為lE13atom/cm2 lE17atom/cm2,離子注入的能量范圍為IKeV lOOKeV。可選的，還包括。在對所述半導體襯底進行第一離子注入之后，對所述半導體襯底進行第一退火處理。可選的，所述第一退火處理的溫度范圍為600°C 1000°C。可選的，還包括，在形成所述輕摻雜源/漏區之后，對所述柵電極兩側的半導體襯底內進行第二離子注入，所述注入的離子為氟離子和氮離子。可選的，所述第二離子注入的氟離子和氮離子的反應源物質為NF3。可選的，所述NF3離子注入的劑量范圍為lE13atom/cm2 lE17atom/cm2,離子注入的能量范圍為IKeV lOOKeV。可選的，還包括，在對所述半導體襯底進行第二離子注入之后，對所述半導體襯底進行第二退火處理。可選的，所述第二退火處理的溫度范圍為600°C 1000°C。可選的，還包括，在形成所述重摻雜源/漏區后，對所述側墻兩側的半導體襯底內進行第三離子注入，所述注入的離子為氟離子和氮離子。可選的，所述第三離子注入的氟離子和氮離子的反應源物質為NF3。可選的，所述NF3離子注入的劑量范圍為lE13atom/cm2 lE17atom/cm2,離子注入的能量范圍為IKeV lOOKeV。可選的，還包括，在對所述半導體襯底進行第三離子注入之后，對所述半導體襯底進行第三退火處理。可選的，所述第三退火處理的溫度范圍為600°C 1000°C。 可選的，還包括，在所述半導體襯底內形成P型阱區。與現有技術相比，本專利技術具有以下優點在形成NMOS晶體管的過程中，對所述半導體襯底進行第一離子注入，注入的離子為氟離子和氮離子，使得所述半導體襯底接近表面的位置形成硅氟鍵和硅氮鍵，位于柵極結構下方的硅氟鍵能阻擋溝道區中的熱載流子注入到柵氧化層，緩解NMOS晶體管的熱載流子注入效應，位于柵極結構下方的硅氮鍵能提高柵氧化層的擊穿電壓，提高柵氧化層的 TDDB特性。進一步的，還包括，對所述柵電極兩側的半導體襯底進行第二離子注入，所述注入的離子為氟離子和氮離子，使得所述柵氧化層邊緣下方和柵氧化層兩側的半導體襯底內形成硅氟鍵、硅氮鍵，從而增強了柵氧化層邊緣的抗擊穿能力，有效地降低NMOS晶體管中的熱載流子注入效應，并改善柵氧化層的TDDB特性。進一步的，所述氟離子和氮離子的反應源物質為NF3,利用所述NF3作離子注入的反應源物質，只需要一種反應源物質，降低了生產成本，且由于所述NF3中的氟離子和氮離子對柵氧化層的可靠性都有益處，同時沒有其他雜質離子注入到半導體襯底內，便于控制半導體襯底的摻雜濃度。附圖說明圖1為本專利技術實施例的NMOS晶體管形成方法的流程示意圖2至圖8為本專利技術實施例的NMOS晶體管形成方法的剖面結構示意圖9為半導體襯底內摻雜有氟離子的NMOS晶體管和半導體襯底內未摻雜有氟離子的NMOS晶體管的測試結果對比圖10為半導體襯底內摻雜有氮離子的NMOS晶體管和半導體襯底內未摻雜有氮離子的NMOS晶體管的測試結果對比圖。具體實施方式由于現有技術中不能同時解決NMOS晶體管的熱載流子注入效應和TDDB特性降低的問題，本專利技術實施例提供了一種NMOS晶體管形成方法，包括提供半導體襯底；在所述半導體襯底表面形成氧化層，在所述氧化層表面形成多晶硅層；對所述半導體襯底進行第一離子注入，所述注入的離子為氟離子和氮離子；對所述多晶硅層和氧化層進行刻蝕，分別形成柵電極和柵氧化層，在所述柵氧化層和柵電極兩側的半導體襯底內形成輕摻雜源/漏區；在所述柵氧化層和柵電極的側壁表面形成側墻，在所述側墻兩側的半導體襯底內形成重摻雜源/漏區，形成NMOS晶體管。由于利用所述氟離子在半導體襯底內形成的硅氟鍵能抑制熱載流子注入效應，利用所述氮離子在半導體襯底內形成的硅氮鍵能改善柵氧化層的 TDDB特性，利用本專利技術實施例的NMOS晶體管形成方法能有效地降低NMOS晶體管中的熱載流子注入效應，并改善柵氧化層的TDDB特性。為使本專利技術的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式做詳細的說明。本專利技術實施例提供一種NMOS晶體管形成方法，具體的流程示意圖請參考圖1，包括 步驟S101，提供半導體襯底；步驟S102，在所述半導體襯底表面形成氧化層，在所述氧化層表面形成多晶硅層；步驟S10本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種NMOS晶體管形成方法，其特征在于，包括：提供半導體襯底；在所述半導體襯底表面形成氧化層，在所述氧化層表面形成多晶硅層；對所述半導體襯底進行第一離子注入，所述注入的離子為氟離子和氮離子；對所述多晶硅層和氧化層進行刻蝕，分別形成柵電極和柵氧化層，在所述柵氧化層和柵電極兩側的半導體襯底內形成輕摻雜源/漏區；在所述柵氧化層和柵電極的側壁表面形成側墻，在所述側墻兩側的半導體襯底內形成重摻雜源/漏區，形成NMOS晶體管。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：甘正浩，馮軍宏，
申請(專利權)人：中芯國際集成電路制造上海有限公司，
類型：發明
國別省市：